JP2007299909A - Semiconductor wafer imaging apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor wafer imaging apparatus in which variation in precision of alignment can be reduced regardless of the kind of semiconductor wafer and optimal contrast can be obtained. <P>SOLUTION: An amplifying circuit and a controller are provided as a light source control circuit for selecting at least one of light emitting diodes LD1-LD3 having different wavelength, lighting a selected light emitting diode LD, and regulating its quantity of light; and the illumination area of a semiconductor wafer 18 and a mask 40 arranged to be superimposed thereon is irradiated with light emitted from the light emitting diode LD selected by the light source control circuit. Since the semiconductor wafer 18 and the mask 40 can be irradiated with light of different waveform, and the quantity of irradiating light can be regulated; variation in precision of alignment can be reduced regardless of the kind of the semiconductor wafer 18. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体ウェハ上に設けた位置決め用のウェハマークと半導体ウェハに重ねるように配置されたマスクに形成したマスクマークに光を照射してその反射光を入射してウェハマークとマスクマークを撮像し、当該撮像による撮像データを処理して、ウェハマークの位置を認識する半導体ウェハ撮像装置に関するものである。   The present invention irradiates light to a wafer mark for positioning provided on a semiconductor wafer and a mask mark formed on a mask arranged so as to overlap the semiconductor wafer, and enters the reflected light so that the wafer mark and the mask mark are The present invention relates to a semiconductor wafer image pickup apparatus that picks up an image and processes image pickup data obtained by the image pickup to recognize the position of a wafer mark.

従来、例えば、半導体露光装置、イオン注入装置、組立・検査装置、精密工作機械等に用いられる位置決め装置としては、高精度に位置決め可能なテーブルに位置決め対象物を載置(保持)し、位置決めが行われる。半導体露光装置、イオン注入装置等では、位置決め対象物である半導体ウェハを1区画(1チップ)毎に所定のパターンのマスクを施し、作業するようになっている。このような場合、通常、半導体ウェハに各区画毎に設けられた位置決めマーク(ウェハマーク)を発光素子で照明するとともに、CCDカメラ等の撮像素子によって撮像し、その検出位置と基準位置との誤差に基づいて、位置決めがなされる。   Conventionally, as a positioning device used in, for example, a semiconductor exposure apparatus, an ion implantation apparatus, an assembly / inspection apparatus, a precision machine tool, etc., a positioning object is placed (held) on a table that can be positioned with high accuracy. Done. In a semiconductor exposure apparatus, an ion implantation apparatus, and the like, a semiconductor wafer which is a positioning object is subjected to a mask having a predetermined pattern for each section (one chip). In such a case, the positioning mark (wafer mark) provided on each section of the semiconductor wafer is usually illuminated with a light emitting element and imaged with an imaging element such as a CCD camera, and the error between the detected position and the reference position Based on the above, positioning is performed.

ところで、半導体ウェハとして、シリコンウェハを用いた場合、位置決めマークはシリコン酸化膜で構成されることが多く、位置決めマークのコントラストは照明光の波長とシリコン酸化膜の厚さで決定される。   By the way, when a silicon wafer is used as the semiconductor wafer, the positioning mark is often composed of a silicon oxide film, and the contrast of the positioning mark is determined by the wavelength of illumination light and the thickness of the silicon oxide film.

半導体ウェハをLED等の発光素子を用いて照明するに際して、従来技術では、単一波長のLEDを用いていたので、例えばロット毎に位置決めマーク厚さが異なることなどにより、位置決めマークの見え方(暗さ)が異なり、しかも同じ半導体ウェハでも、中部部分と周辺部分では条件が異なることがあり、アライメント精度にばらつきが生じることがある。本発明は、前記従来技術の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、半導体ウェハによらず最適なコントラストを得ることにある。   When illuminating a semiconductor wafer using a light emitting element such as an LED, the conventional technique uses a single wavelength LED. For example, the positioning mark thickness varies from lot to lot, and the appearance of the positioning mark ( Even in the same semiconductor wafer, conditions may be different between the middle portion and the peripheral portion, and the alignment accuracy may vary. The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to obtain an optimum contrast regardless of the semiconductor wafer.

前記目的を達成するために、本発明は、半導体ウェハと前記半導体ウェハに重ねるように配置されたマスクの撮像領域に対して光を照射する照明手段と、前記照明手段から前記半導体ウェハと前記マスクに照射された光の反射光を入射して、前記半導体ウェハ上に形成された位置決め用のウェハマークと前記マスクに形成したマスクマークを撮像する撮像手段と、前記撮像手段の撮像による撮像データを処理して前記ウェハマークの前記マスクマークに対する相対位置を認識する認識手段とを備え、前記照明手段は、波長の相異なる光を発光する複数の光源と、前記複数の光源のうち少なくとも1つを選択し、選択した光源を点灯するとともにその光量を調整する光源制御回路とを有してなることを特徴としている。   In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor wafer, an illuminating means for irradiating light to an imaging region of a mask arranged to overlap the semiconductor wafer, and the semiconductor wafer and the mask from the illuminating means. An imaging means for imaging a positioning wafer mark formed on the semiconductor wafer and a mask mark formed on the mask by inputting reflected light of the irradiated light on the semiconductor wafer, and imaging data obtained by imaging by the imaging means Recognizing means for processing and recognizing a relative position of the wafer mark to the mask mark, and the illuminating means includes a plurality of light sources that emit light having different wavelengths, and at least one of the plurality of light sources. And a light source control circuit for turning on the selected light source and adjusting the amount of light.

上記構成によれば、半導体ウェハとマスクの撮像領域に対して波長の異なる光を照射することができるとともに、照射光の光量を調整することができるので、半導体ウェハの種類によらずアライメント精度のばらつきを低減することができ、最適なコントラストを得ることができる。また、本発明においては、前記複数の光源は、波長の相異なる複数のLEDで構成することができる。この場合、光源にハロゲンランプを用いるときよりも、発熱量を少なくなり、省エネを図ることができる。   According to the above configuration, the imaging regions of the semiconductor wafer and the mask can be irradiated with light having different wavelengths, and the amount of irradiation light can be adjusted. Therefore, the alignment accuracy can be improved regardless of the type of the semiconductor wafer. Variations can be reduced and an optimum contrast can be obtained. In the present invention, the plurality of light sources may be composed of a plurality of LEDs having different wavelengths. In this case, the amount of heat generation is reduced and energy saving can be achieved compared to when a halogen lamp is used as the light source.

本発明によれば、半導体ウェハの種類によらずアライメント精度のばらつきを低減することができ、最適なコントラストを得ることができる。   According to the present invention, variations in alignment accuracy can be reduced regardless of the type of semiconductor wafer, and an optimum contrast can be obtained.

図1には、本実施の形態に係る半導体位置決め装置(以下、単に位置決め装置という)10が示されている。位置決め装置10は、定盤12に対して支柱14が立設され、支柱14の上端には、天板16が取付けられ、位置決め装置10の筐体を構成している。位置決め装置10は、半導体ウェハ18を対象として、当該半導体ウェハ18を位置決めする役目を有している。位置決め装置10の定盤12上には、ワーク位置決めステージ部20と、マスクステージ部22と、が設置されている。   FIG. 1 shows a semiconductor positioning device (hereinafter simply referred to as a positioning device) 10 according to the present embodiment. In the positioning device 10, a support column 14 is erected with respect to the surface plate 12, and a top plate 16 is attached to the upper end of the support column 14 to constitute a housing of the positioning device 10. The positioning device 10 serves to position the semiconductor wafer 18 with respect to the semiconductor wafer 18. A workpiece positioning stage unit 20 and a mask stage unit 22 are installed on the surface plate 12 of the positioning apparatus 10.

ワーク位置決めステージ部20は、ベース24と、ベース24上に設けられて第1のスライダ26をX軸方向に摺動可能に支持するX軸方向摺動装置28及び第1のスライダ26をX軸方向に駆動するX軸方向駆動装置29とを備えている。また、第1のスライダ26上には第2のスライダ30が設けられ、この第2のスライダ30は、Y軸方向摺動装置32により、Y軸方向に摺動可能に支持され、図示しないY軸方向駆動装置によりY軸方向に駆動される。また、第2のスライダ30には、X軸方向及びY軸方向に位置決めされる半導体ウェハ18等の試料ベースとしてのワークステージ34が支持されている。 ワークステージ34には、半導体ウェハ18を保持するウェハチャック36が取付けられている。   The workpiece positioning stage unit 20 includes a base 24, an X-axis direction sliding device 28 provided on the base 24 and supporting the first slider 26 so as to be slidable in the X-axis direction, and the first slider 26 as the X-axis. And an X-axis direction driving device 29 for driving in the direction. A second slider 30 is provided on the first slider 26, and the second slider 30 is supported by a Y-axis direction sliding device 32 so as to be slidable in the Y-axis direction. Driven in the Y-axis direction by an axial drive device. Further, the second slider 30 supports a work stage 34 as a sample base such as the semiconductor wafer 18 positioned in the X-axis direction and the Y-axis direction. A wafer chuck 36 that holds the semiconductor wafer 18 is attached to the work stage 34.

半導体ウェハ18は、このウェハチャック36に支持された状態で固定されるようになっている。なお、ウェハチャック36は、チャックした半導体ウェハ18の6自由度(X、Y、Z軸方向及び各軸周りの回動)の微調整が可能な機構を有している。上記構成のワーク位置決めステージ部20により、ウェハチャック36は、XY平面内のステップ送り及び6自由度の微小な位置及び姿勢の調整が可能となる。   The semiconductor wafer 18 is fixed while being supported by the wafer chuck 36. The wafer chuck 36 has a mechanism capable of fine adjustment of the six degrees of freedom (X, Y, Z axis directions and rotations about the respective axes) of the chucked semiconductor wafer 18. With the workpiece positioning stage unit 20 having the above-described configuration, the wafer chuck 36 can perform step feed in the XY plane and fine position and posture adjustment with six degrees of freedom.

ワークステージ34よりも上方には、マスクステージ部22の一部を構成するマスクチャック38が、第2のステージ30に対向配置されている。マスクチャック38は、ウェハチャック36との対向面にマスク40を保持している。また、マスクチャック38は、マスクθ軸ベース42に支持されており、θ軸方向の調整が可能となっている。   Above the work stage 34, a mask chuck 38 that constitutes a part of the mask stage unit 22 is disposed opposite to the second stage 30. The mask chuck 38 holds the mask 40 on the surface facing the wafer chuck 36. The mask chuck 38 is supported by a mask θ-axis base 42 and can be adjusted in the θ-axis direction.

また、マスクθ軸ベース42は、マスクZ軸方向移動機構44に支持されている。さらに、マスクZ軸方向移動機構44は、マスク用X−Yテーブル46に支持されている。なお、マスク用X−Yテーブル46は、移動テーブル部20と同様の構成であるため、構成の説明は省略する。このマスクステージ部22により、マスク40は、X−Y−Z−θの各軸方向への調整が可能となっている。   The mask θ-axis base 42 is supported by the mask Z-axis direction moving mechanism 44. Further, the mask Z-axis direction moving mechanism 44 is supported by a mask XY table 46. The mask XY table 46 has the same configuration as that of the moving table unit 20, and therefore the description of the configuration is omitted. With this mask stage portion 22, the mask 40 can be adjusted in the respective axial directions of XYZ-θ.

位置決め装置10の筐体を構成する天板16は、その中央部(半導体ウェハ18が位置決めされる基準となる軸周り)に開口部16Aが設けられている。天板16には、半導体ウェハ18に設けた位置決め用のウェハマークW1乃至W3(図2参照)を検出し、半導体ウェハ18のワークステージ34上の位置を調整するためのアライメントユニット50が取付けられている。図1では1組のみ示しているが、それぞれのウェハマークに対応し、1組ずつ、計3組のアライメントユニット50が配されている。   The top plate 16 constituting the casing of the positioning device 10 is provided with an opening 16A at the center (around the reference axis on which the semiconductor wafer 18 is positioned). An alignment unit 50 for detecting the positioning wafer marks W1 to W3 (see FIG. 2) provided on the semiconductor wafer 18 and adjusting the position of the semiconductor wafer 18 on the work stage 34 is attached to the top plate 16. ing. Although only one set is shown in FIG. 1, a total of three alignment units 50 are arranged corresponding to each wafer mark.

図2に示される如く、シリコン基板である半導体ウェハ18の表面には、例えば、30mm×30mm程度のパターン領域18Aがマトリクス状に多数配置されている。各パターン領域18A間には後のチップ切り出しのための、例えば、数十ミクロン幅の隔離領域18Bが格子状に形成されている。この隔離領域18B内の適当な場所に1つの領域につき3つのウェハマークW1〜W3がシリコン酸化膜によって予め線状に形成されている。図示の例では、ウェハマークW1、W2がY軸方向、ウェハマークW3がX軸方向に生成されている。なお、図2では、ハッチングを施した中央のパターン領域18Aに対応するウェハマークW1〜W3のみを示しているが、全てのパターンの周囲に同様にウェハマークW1〜W3が配されている。   As shown in FIG. 2, on the surface of a semiconductor wafer 18 that is a silicon substrate, for example, a large number of pattern areas 18A of about 30 mm × 30 mm are arranged in a matrix. For example, isolation regions 18B having a width of several tens of microns are formed in a lattice shape between the pattern regions 18A for subsequent chip cutting. Three wafer marks W1 to W3 per region are formed in advance in a linear shape by silicon oxide films at appropriate locations in the isolation region 18B. In the illustrated example, the wafer marks W1 and W2 are generated in the Y-axis direction, and the wafer mark W3 is generated in the X-axis direction. In FIG. 2, only the wafer marks W1 to W3 corresponding to the hatched central pattern area 18A are shown, but the wafer marks W1 to W3 are similarly arranged around all the patterns.

シリコン酸化膜の部分は、周囲のシリコンの部分と比べて反射率が低く、暗いため、ウェハマークW1〜W3は観測可能である。また、ウェハマークW1〜W3は、X軸方向、Y軸方向に限らず、X軸及びY軸に対して45°の方向のマークを設けてもよい。   Since the silicon oxide film portion has a lower reflectivity than the surrounding silicon portion and is dark, the wafer marks W1 to W3 can be observed. Further, the wafer marks W1 to W3 are not limited to the X-axis direction and the Y-axis direction, and may be provided with marks in a direction of 45 ° with respect to the X-axis and the Y-axis.

なお、ウェハマークW1、W2、W3は線状のシリコン酸化膜を周囲の部分と面一あるいは僅かに隆起した状態とすることで得ることができるが、この代わりに、半導体ウェハ18上にシリコン酸化膜の線状のパターンを突出させるパターンとしてもよい。あるいは逆にウェハマークW1、W2、W3をシリコンとしてその周囲をシリコン酸化膜で囲むようにしてもよい。アライメントユニット50では、このウェハマークW1、W2、W3を検出することで、半導体ウェハ18の位置を認識し、位置決め補正を実行するデータを生成することになる。   The wafer marks W1, W2, and W3 can be obtained by making the linear silicon oxide film flush with the surrounding portion or slightly raised, but instead, silicon oxide is formed on the semiconductor wafer 18. It is good also as a pattern which makes the linear pattern of a film | membrane project. Or, conversely, the wafer marks W1, W2, and W3 may be made of silicon and surrounded by a silicon oxide film. The alignment unit 50 detects the wafer marks W1, W2, and W3, thereby recognizing the position of the semiconductor wafer 18 and generating data for executing positioning correction.

図3は、マスク40を説明する説明図である。図3(a)は平面図、図3(b)は図3(a)のA−A方向における断面図である。マスク40はステンシルマスクであり、外形が円形状で相対的に厚手の周縁部40A、この内側の領域の相対的に薄手のメンブレン部40B、メンブレン部40Bの中央部の形成すべきパターンに対応したパターンを有するマスクパターン部40C、マスクパターン部40Cの周囲の半導体ウェハ18のウェハマークW1乃至W3に対応する位置にそれぞれ形成されたマスクマーク(貫通孔)M1乃至M3、周縁部40Aに形成されたプリアライメント用の切欠部40D、並びに粗調整用のグローバルアライメントマーク40Eを有している。   FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the mask 40. 3A is a plan view, and FIG. 3B is a cross-sectional view in the AA direction of FIG. 3A. The mask 40 is a stencil mask, and corresponds to a pattern to be formed in a circular shape and a relatively thick peripheral portion 40A, a relatively thin membrane portion 40B in the inner region, and a central portion of the membrane portion 40B. A mask pattern portion 40C having a pattern, mask marks (through holes) M1 to M3 formed at positions corresponding to the wafer marks W1 to W3 of the semiconductor wafer 18 around the mask pattern portion 40C, and the peripheral portion 40A. It has a notch portion 40D for pre-alignment and a global alignment mark 40E for coarse adjustment.

マスク40は、例えば、シリコンであり、直径4インチ、周縁部40Aの厚さ0.5mm、この中央領域のメンブレン部40Bの厚さ10μmである。また、本実施の形態のマスク40のマスクマークM1乃至M3は、図4に示される如く、複数の貫通孔の集合体で構成されている。   The mask 40 is made of, for example, silicon and has a diameter of 4 inches, a peripheral portion 40A having a thickness of 0.5 mm, and a membrane portion 40B in the central region having a thickness of 10 μm. Further, the mask marks M1 to M3 of the mask 40 of the present embodiment are constituted by an assembly of a plurality of through holes as shown in FIG.

図4は、CCDカメラ54(図1参照)の視野領域54Aに対する1つのマスクマーク(ここでは、マスクマークM1とする)の拡大図が示されている。なお、CCDカメラ54の視野領域54Aは、照明光源ユニット52からの照明により、均一な光が照射されている。   FIG. 4 shows an enlarged view of one mask mark (here, mask mark M1) for the visual field area 54A of the CCD camera 54 (see FIG. 1). The visual field area 54 </ b> A of the CCD camera 54 is irradiated with uniform light by illumination from the illumination light source unit 52.

第1の貫通孔60は、ウェハマークW1が粗調整によって位置決めされる領域であり、この第1の貫通孔60の左辺に沿って、かつ当該左辺の寸法(縦寸法)と同一の長手方向寸法を持つ、縦長の第2の貫通孔62が設けられている。さらに、第1の貫通孔60の右辺側には、第3乃至第5の貫通孔64、66、68が設けられ、これらは縦列配置されている。この第3乃至第5の貫通孔64、66、68の縦方向寸法及びこれらの隙間の寸法を足した寸法が、第1の右辺の寸法(縦寸法)と同一の寸法となっている。これにより、第1乃至第5の貫通孔60、62、64、66、68を囲む領域は矩形状となる(図4の一点鎖線領域M1(M2、M3)参照)。   The first through hole 60 is an area where the wafer mark W1 is positioned by rough adjustment, and the longitudinal dimension is the same as the dimension (vertical dimension) of the left side along the left side of the first through hole 60. A vertically long second through hole 62 is provided. Further, on the right side of the first through hole 60, third to fifth through holes 64, 66, 68 are provided, and these are arranged in a column. The vertical dimension of the third to fifth through holes 64, 66, and 68 and the dimension obtained by adding these gaps are the same as the dimension (vertical dimension) of the first right side. Thereby, the area | region surrounding the 1st thru | or 5th through-holes 60, 62, 64, 66, 68 becomes a rectangular shape (refer the dashed-dotted line area | region M1 (M2, M3) of FIG. 4).

ここで、第2乃至第5の貫通孔62、64、66、68は、それぞれ隣接する貫通孔との間に線幅の仕切り部が形成されることになる。貫通孔64と66との間の仕切り部72は、図4に示す如く、CCDカメラ54から見て半導体ウェハ18の露出部分のうち、マスク40による影Sの部分と重なるように設定される。   Here, the second to fifth through holes 62, 64, 66, and 68 are each formed with a partition portion having a line width between the adjacent through holes. As shown in FIG. 4, the partition 72 between the through holes 64 and 66 is set so as to overlap the shadow S portion of the mask 40 in the exposed portion of the semiconductor wafer 18 as viewed from the CCD camera 54.

また、貫通孔66と68との仕切り部73は、半導体ウェハ18上に形成される仕切り部73の影が貫通孔68内に位置するように、かつ、CCDカメラ54から見て仕切り部73の影と仕切り部72とが、同時にできるだけピントが合った状態となるように設定されている。マスク40のメンブレン部40Bの厚み、及び、アライメントユニット50の取付け角度α(図5参照)が既知なので、マスク40と半導体ウェハ18とのギャップgが設定値と一致する場合に、これらの条件に基づき、仕切り部72と仕切り部73との距離を、幾何学的に定まる所定値とすることにより、「CCDカメラ54から見て仕切り部73の影と仕切り部72とが同時にできるだけピントが合う状態」が求められる。   Further, the partition part 73 between the through holes 66 and 68 is arranged so that the shadow of the partition part 73 formed on the semiconductor wafer 18 is located in the through hole 68 and viewed from the CCD camera 54. The shadow and the partition 72 are set to be in focus as much as possible at the same time. Since the thickness of the membrane portion 40B of the mask 40 and the mounting angle α (see FIG. 5) of the alignment unit 50 are known, these conditions are satisfied when the gap g between the mask 40 and the semiconductor wafer 18 matches the set value. On the basis of this, by setting the distance between the partition 72 and the partition 73 to a predetermined geometrically determined value, “the state where the shadow of the partition 73 and the partition 72 are in focus as much as possible when viewed from the CCD camera 54 is achieved. Is required.

第1の貫通孔60と第2の貫通孔62との間の仕切り部70及び第1の貫通孔60と第3の貫通孔64との間の仕切り部71はマスクマークM1に対するウェハマークW1の図4で横方向の相対位置を求めるための基準として用いられる。また、本実施の形態においては、仕切り部70は、マスクマークM1全体の平面方向の一方(ここでは、X軸方向)の位置ずれ量(シフト量)を検出するために用いられるようになっており、CCDカメラ54で撮像すると、この仕切り部70は、第1の貫通孔60及び第2の貫通孔62の濃度(マスク40によって生じる影Sのため暗い)に対して、大きな差で低濃度(明るい)の画像となる。さらに、細い仕切り部70の両側を挟んで暗くなるようにしており、このことも相俟って仕切り部70の位置を高精度に検知できる。従って、CCDカメラ54の視野領域54Aの周縁(図4の左端)から仕切り部70の中心線までの寸法Aを精度よく読み取ることができるようになっている。   The partition part 70 between the first through hole 60 and the second through hole 62 and the partition part 71 between the first through hole 60 and the third through hole 64 are formed on the wafer mark W1 with respect to the mask mark M1. In FIG. 4, it is used as a reference for obtaining the horizontal relative position. In the present embodiment, the partition portion 70 is used to detect a positional shift amount (shift amount) on one side (here, the X-axis direction) of the entire mask mark M1 in the plane direction. When the image is captured by the CCD camera 54, the partition 70 has a low density with a large difference from the density of the first through hole 60 and the second through hole 62 (dark due to the shadow S caused by the mask 40). (Bright) image. Further, the both sides of the thin partition portion 70 are darkened, and this also enables the position of the partition portion 70 to be detected with high accuracy. Therefore, the dimension A from the peripheral edge (left end in FIG. 4) of the visual field area 54A of the CCD camera 54 to the center line of the partition section 70 can be accurately read.

一方、第3の貫通孔64と第4の貫通孔66との間の仕切り部72は、ギャップgを求めるのに使用されるのに加え、本実施の形態においては、マスクマークM1全体の平面方向の他方(ここでは、Y軸方向)の位置ずれ(シフト量)を検出するためにも用いられるようになっており、CCDカメラ54で撮像すると、この仕切り部72は、第3の貫通孔64及び第4の貫通孔66の濃度(マスク54によって生じる影Sのため暗い)に対して、大きな差で低濃度(明るい)の画像となる。さらに、細い仕切り部72の両側を挟んで暗くなるようにしており、このことも相俟って仕切り部72の位置を高精度に検知できる。従って、CCDカメラ54の視野領域54Aの周縁(図4の左端)から仕切り部72の中心線までの寸法Bを精度よく読み取ることができるようになっている。   On the other hand, the partition 72 between the third through-hole 64 and the fourth through-hole 66 is used to obtain the gap g, and in the present embodiment, the entire plane of the mask mark M1. It is also used to detect a positional shift (shift amount) in the other direction (here, the Y-axis direction), and when the image is taken by the CCD camera 54, the partition portion 72 has a third through hole. With respect to the density of 64 and the fourth through-hole 66 (dark due to the shadow S caused by the mask 54), the image has a low density (bright) with a large difference. Further, the both sides of the thin partition portion 72 are darkened, and this also enables the position of the partition portion 72 to be detected with high accuracy. Therefore, the dimension B from the peripheral edge (left end in FIG. 4) of the visual field area 54A of the CCD camera 54 to the center line of the partition portion 72 can be accurately read.

上記、寸法A及び寸法Bを検出することで、CCDカメラ54の視野領域54Aと、マスクマークM1との相対位置関係を認識することができ、予め定めた基準寸法との差分に応じて、微調整を行うことで、相対位置関係を常に一定に維持することが可能となっている。   By detecting the dimension A and the dimension B, the relative positional relationship between the visual field area 54A of the CCD camera 54 and the mask mark M1 can be recognized. By performing the adjustment, the relative positional relationship can be always maintained constant.

なお、位置調整は、CCDカメラ54を移動することで実行される。このため、図1に示される如く、天板16上の撮像部56は、カメラ用X−Yテーブル74に支持されている。なお、カメラ用X−Yテーブル74は、前述した位置決めステージ部20(図1参照)と同様の構成であるため、構成の説明は省略する。   The position adjustment is executed by moving the CCD camera 54. Therefore, as shown in FIG. 1, the imaging unit 56 on the top plate 16 is supported by a camera XY table 74. The camera XY table 74 has the same configuration as that of the positioning stage unit 20 (see FIG. 1) described above, and a description of the configuration is omitted.

図1に示される如く、アライメントユニット50は、複数の発光ダイオード(LED)LD1〜LD3を光源とする照明光源部52と、複数のレンズからなる結像光学系53、CCDカメラ54を備えた撮像部56とによって構成される。照明光源部52は、図6に示すように、光源として、波長の相異なる発光素子として、例えば、RGB3原色の色をそれぞれ発光する3種類の発光ダイオードLD1〜LD3と、各発光ダイオードLD1〜LD3をそれぞれ点灯駆動するともに、その光量を調整する増幅回路52aと、増幅回路52aに対して、3種類の発光ダイオードLD1〜LD3のうち少なくとも1つを選択し、選択した発光ダイオードの光量を調整するための情報を含むデジタル信号を出力する制御装置(例えば、パーソナルコンピュータ)52bとを備えて構成されている。   As shown in FIG. 1, the alignment unit 50 includes an illumination light source unit 52 using a plurality of light emitting diodes (LEDs) LD1 to LD3 as a light source, an imaging optical system 53 including a plurality of lenses, and a CCD camera 54. Part 56. As shown in FIG. 6, the illumination light source unit 52 is a light source having three different light emitting diodes LD1 to LD3 that emit light of three primary colors, for example, and a light emitting element having different wavelengths. And amplifying circuit 52a for adjusting the amount of light, and at least one of the three types of light emitting diodes LD1 to LD3 is selected for the amplifying circuit 52a, and the amount of light of the selected light emitting diode is adjusted. And a control device (for example, a personal computer) 52b that outputs a digital signal including information for the purpose.

この場合、増幅回路52aと制御装置52bは、3種類の発光ダイオードLD1〜LD3のうち少なくとも1つを選択し、選択した発光ダイオードLDを点灯するとともにその光量を調整する光源制御回路として機能し、3種類の光源と、光源制御回路を備えた照明光源部52は、半導体ウェハ18の撮像領域(照明エリア)と半導体ウェハ18に重ねるように配置されたマスク40の撮像領域(照明エリア)に対して光を照射する照明手段を構成することになる。なお、複数の発光ダイオードLD1〜LD3の代わりに、波長の相異なる複数のレーザダイオードを用いることもできる。また、各発光ダイオードLED1〜LD3の光量を調整するに際しては、各発光ダイオードLD1〜3と、各発光ダイオードLD1〜LD3を点灯駆動する複数の駆動回路との間に複数個のボリュームを設け、各ボリュームを手動操作することで、各発光ダイオードLD1〜LD3の光量を個々に調整するようにすることもできる。  In this case, the amplifying circuit 52a and the control device 52b function as a light source control circuit that selects at least one of the three types of light emitting diodes LD1 to LD3, turns on the selected light emitting diode LD, and adjusts the amount of light. The illumination light source unit 52 including three types of light sources and a light source control circuit is provided for the imaging region (illumination area) of the semiconductor wafer 18 and the imaging region (illumination area) of the mask 40 arranged so as to overlap the semiconductor wafer 18. Thus, the illumination means for irradiating light is configured. A plurality of laser diodes having different wavelengths may be used instead of the plurality of light emitting diodes LD1 to LD3. Further, when adjusting the light quantity of each of the light emitting diodes LED1 to LD3, a plurality of volumes are provided between each of the light emitting diodes LD1 to LD3 and a plurality of drive circuits that drive and drive the light emitting diodes LD1 to LD3. By manually operating the volume, the light amounts of the light emitting diodes LD1 to LD3 can be individually adjusted.

なお、センサとしてはCCDに限らず、公知の画像処理を行える撮像データの得られるセンサを備えたカメラであれば、これに代えてもよい。照明光源部52の光軸と、撮像部56のCCDカメラ54の光軸とをウェハマークW1の面の法線に対して左右対称となるように配置し、照明光源部52から出射した照明光がウェハマークW1で反射して撮像部56のCCDカメラ54の入射光となるようにしている。なお、ウェハマークW2及びW3については、上記と同様の構成(すなわち、計3組のアライメントユニット50が天板16上に配置されている。)であるので、構成の説明は省略する。   Note that the sensor is not limited to the CCD, and may be replaced by any camera provided with a sensor that can obtain imaging data capable of performing known image processing. Illumination light emitted from the illumination light source unit 52 by arranging the optical axis of the illumination light source unit 52 and the optical axis of the CCD camera 54 of the imaging unit 56 so as to be symmetric with respect to the normal of the surface of the wafer mark W1. Is reflected by the wafer mark W1 and becomes incident light of the CCD camera 54 of the imaging unit 56. Since wafer marks W2 and W3 have the same configuration as described above (that is, a total of three alignment units 50 are arranged on top plate 16), description of the configuration is omitted.

マスク40の位置は、予めグローバルアライメント用マーク40E(図3参照)を観測することによって粗調整されており、更に半導体ウェハ18上の所定の基準を用いてワークステージ34の位置を粗調整する。これにより、ステップ送りにより半導体ウェハ18のパターンを転写する位置にマスクパターン部40Cが対向するように位置決めされた際に、半導体ウェハ18のウェハマークW1がマスクパターンM1の貫通孔60内に位置するように調整する。更に、半導体ウェハ18上の1つのパターン領域18Aにマスク40のパターン部40Cが対向された状態で、CCDカメラ54によってマスク40のマスクマークM1とウェハマークW1とを同時に観測し、例えば、マスクマークM1の中央(具体的には第1の貫通孔60の図4で横方向中央)に半導体ウェハ18のウェハマークW1が存在するように、すなわち、ウエハマークW1が、仕切り部70及び71からの等距離に位置するようにワークステージ34を微調整する。   The position of the mask 40 is coarsely adjusted in advance by observing the global alignment mark 40E (see FIG. 3), and the position of the work stage 34 is coarsely adjusted using a predetermined reference on the semiconductor wafer 18. Accordingly, when the mask pattern portion 40C is positioned so as to face the position where the pattern of the semiconductor wafer 18 is transferred by step feed, the wafer mark W1 of the semiconductor wafer 18 is positioned in the through hole 60 of the mask pattern M1. Adjust as follows. Further, with the pattern portion 40C of the mask 40 facing one pattern region 18A on the semiconductor wafer 18, the mask mark M1 of the mask 40 and the wafer mark W1 are simultaneously observed by the CCD camera 54. For example, the mask mark The wafer mark W1 of the semiconductor wafer 18 is present at the center of M1 (specifically, the center of the first through hole 60 in the horizontal direction in FIG. 4), that is, the wafer mark W1 is separated from the partitions 70 and 71. The work stage 34 is finely adjusted so as to be positioned at an equal distance.

図1に示される如く、アライメントユニット50の一部を構成する照明光源部52は、筐体76に収容されて、天板16上に固定配置されている。筐体76には、発光ダイオードLD1〜LD3を保持する図示しない保持体が設けられており、前述したように、マスク40への光軸を一定に維持している。   As shown in FIG. 1, the illumination light source unit 52 that constitutes a part of the alignment unit 50 is housed in a casing 76 and fixedly arranged on the top plate 16. The casing 76 is provided with a holder (not shown) that holds the light emitting diodes LD1 to LD3, and maintains the optical axis to the mask 40 as described above.

図1及び図5に示される如く、発光ダイオードLD1〜LD3のうち選択された発光ダイオードLDから照射される光(通常は拡散光)は、共通の光軌道上に導くための適宜の反射手段(図示せず)や前記共通の光軸方向に配設された複数のレンズや、均一な明るさでより広い範囲を照明するためのガラス製のロッドなどからなる照明光学系78を経由し、その光量が調整された状態でマスクマークM1を含む領域(図4の照明エリア)をほぼ均一に照明する。   As shown in FIGS. 1 and 5, light (usually diffused light) emitted from a light emitting diode LD selected from among the light emitting diodes LD1 to LD3 is appropriately reflected by means for guiding the light onto a common optical orbit ( (Not shown) and a plurality of lenses arranged in the common optical axis direction, a glass rod for illuminating a wider range with uniform brightness, etc. The area including the mask mark M1 (illumination area in FIG. 4) is illuminated almost uniformly with the light quantity adjusted.

本実施例によれば、半導体ウェハ18とマスク40の撮像領域(照明エリア)に対して波長の異なる光を照射することができるとともに、照射光の光量を調整することができるので、半導体ウェハ18の種類などによらずアライメント精度のばらつきを低減することができ、最適なコントラストを得ることができる。
例えば、半導体ウエハ18のロット毎でのウエハマークW1の暗さ(濃度)に差があったら、半導体ウエハ18上の位置による明るさに差があったりしても、上記のような照射光の調整により、常に最適なコントラストでウエハマークW1を検知できる。なお、光源として、発光ダイオードLD1〜LD3の代わりに、2色発光LEDを用いてもよい。
According to this embodiment, the imaging regions (illumination areas) of the semiconductor wafer 18 and the mask 40 can be irradiated with light having different wavelengths, and the amount of irradiation light can be adjusted. Variations in alignment accuracy can be reduced regardless of the type of the image, and an optimum contrast can be obtained.
For example, if there is a difference in the darkness (density) of the wafer mark W1 for each lot of the semiconductor wafers 18, even if there is a difference in brightness depending on the position on the semiconductor wafer 18, the irradiation light as described above can be obtained. By adjustment, the wafer mark W1 can always be detected with the optimum contrast. As the light source, a two-color light emitting LED may be used instead of the light emitting diodes LD1 to LD3.

また、光源として、発光ダイオードLD1〜LD3の代わりにハロゲンランプ(バルブ)を用いることもできる。ただし、ハロゲンランプを用いて波長の異なる光を半導体ウェハに照射するには、波長に応じた光学フィルタが必要となり、波長に応じて光学フィルタを交換しなければならず、交換作業が面倒となる。しかも、波長に応じた多数の光学フィルタを用意することは不可能である。また、ハロゲンバルブはLED等の発光素子に比べて光量損失が大きいので、同じ光量を発光するにも大きなものが必要となり、発熱量の増大に伴ってエネルギーが消費される。   Further, a halogen lamp (bulb) can be used as the light source instead of the light emitting diodes LD1 to LD3. However, in order to irradiate a semiconductor wafer with light having different wavelengths using a halogen lamp, an optical filter corresponding to the wavelength is required, and the optical filter must be replaced according to the wavelength, and the replacement work becomes troublesome. . Moreover, it is impossible to prepare a large number of optical filters according to the wavelength. In addition, since the halogen bulb has a larger light loss than light emitting elements such as LEDs, a large bulb is required to emit the same amount of light, and energy is consumed as the amount of heat generated increases.

これに対して、光源に発光素子である発光ダイオードLD1〜LD3を用いれば、デジタル制御によって指定の発光ダイオードLDを選択できるとともに、コンパクトで発熱量が小さいので、省エネを図ることができる。また、多数の色の中から任意の色のものを選択することができる。   On the other hand, if the light emitting diodes LD1 to LD3, which are light emitting elements, are used as the light source, the designated light emitting diode LD can be selected by digital control, and energy saving can be achieved because it is compact and generates a small amount of heat. In addition, an arbitrary color can be selected from a large number of colors.

本発明の実施の形態に係る位置決め装置を示す照明図である。It is an illumination figure which shows the positioning device which concerns on embodiment of this invention. 半導体ウェハの平面図であり、1チップ毎の区画、並びに1チップ毎のウェハマークをの位置を示す平面図である。It is a top view of a semiconductor wafer, and is a top view which shows the position of the division for every chip, and the wafer mark for every chip. (a)はマスクの平面図、(b)は図3(a)のA−A線断面図である。(A) is a top view of a mask, (b) is the sectional view on the AA line of Fig.3 (a). 照明エリア及びCCDカメラの視野領域との相対関係を示すマスクマークの拡大平面図である。It is an enlarged plan view of a mask mark showing a relative relationship between the illumination area and the visual field area of the CCD camera. アライメントユニットの正面図である。It is a front view of an alignment unit. 光源制御回路と発光ダイオードとの接続関係を説明するためのブロック構成図である。It is a block block diagram for demonstrating the connection relation of a light source control circuit and a light emitting diode.

符号の説明Explanation of symbols

W1乃至W3 ウェハマーク
M1乃至M3 マスクマーク
LD 発光ダイオード(LED)
10 半導体位置決め装置
12 定盤
14 支柱
16 天板
16A 開口部
18 半導体ウェハ
20 移動ステージ部
22 作業ステージ部
24 ベース
26 第1のスライダ
28 X軸方向摺動装置
30 第2のスライダ
32 Y軸方向摺動装置
34 ワークステージ
36 ウェハチャック
38 マスクチャック
40 マスク
40A 周縁部
40B メンブレン部
40C マスクパターン部
40D 切欠部
40E グローバルアライメントマーク
42 マスクθ軸ベース
44 マスクZ軸方向移動機構
46 マスク用X−Yテーブル
50 アライメントユニット
52 照明光源部
52a 増幅回路
52b 制御装置
54 CCDカメラ
54A 視野領域
60 第1の貫通孔(主貫通孔)
62 第2の貫通孔(副貫通孔)
64 第3の貫通孔(副貫通孔)
66 第4の貫通孔(副貫通孔)
68 第5の貫通孔(副貫通孔)
70 仕切り部(第1の仕切り部)
72 仕切り部(第2の仕切り部)
74 カメラ用XーYテーブル(撮像素子用テーブル)
76 筐体
78 照明光学系
80 集光レンズ
W1 to W3 Wafer mark M1 to M3 Mask mark LD Light emitting diode (LED)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Semiconductor positioning device 12 Surface plate 14 Support | pillar 16 Top plate 16A Opening 18 Semiconductor wafer 20 Moving stage part 22 Work stage part 24 Base 26 1st slider 28 X-axis direction sliding device 30 2nd slider 32 Y-axis direction sliding Moving device 34 Work stage 36 Wafer chuck 38 Mask chuck 40 Mask 40A Peripheral part 40B Membrane part 40C Mask pattern part 40D Notch part 40E Global alignment mark 42 Mask θ axis base 44 Mask Z axis direction moving mechanism 46 XY table 50 for mask Alignment unit 52 Illumination light source 52a Amplifying circuit 52b Control device 54 CCD camera 54A Field of view 60 First through hole (main through hole)
62 Second through hole (sub through hole)
64 Third through hole (sub through hole)
66 Fourth through hole (sub through hole)
68 Fifth through hole (sub through hole)
70 partition (first partition)
72 Partition (second partition)
74 XY table for camera (table for image sensor)
76 Housing 78 Illumination optical system 80 Condensing lens

Claims (2)

半導体ウェハと前記半導体ウェハに重ねるように配置されたマスクの撮像領域に対して光を照射する照明手段と、前記照明手段から前記半導体ウェハと前記マスクに照射された光の反射光を入射して、前記半導体ウェハ上に形成された位置決め用のウェハマークと前記マスクに形成したマスクマークを撮像する撮像手段と、前記撮像手段の撮像による撮像データを処理して前記ウェハマークの前記マスクマークに対する相対位置を認識する認識手段とを備え、前記照明手段は、波長の相異なる光を発光する複数の光源と、前記複数の光源のうち少なくとも1つを選択し、選択した光源を点灯するとともにその光量を調整する光源制御回路とを有してなる半導体ウェハ撮像装置。   An illuminating means for irradiating light onto an imaging region of a mask arranged to overlap the semiconductor wafer and the semiconductor wafer, and a reflected light of the light irradiated to the semiconductor wafer and the mask from the illuminating means is incident , A positioning wafer mark formed on the semiconductor wafer, an imaging means for imaging the mask mark formed on the mask, and imaging data by imaging of the imaging means to process the wafer mark relative to the mask mark Recognizing means for recognizing a position, wherein the illuminating means selects at least one of a plurality of light sources emitting light having different wavelengths and the plurality of light sources, turns on the selected light source and emits the light quantity A semiconductor wafer imaging device comprising: a light source control circuit for adjusting the light source. 前記複数の光源は、波長の相異なる複数のLEDで構成されてなることを特徴とする請求項1に記載の半導体ウェハ撮像装置。   The semiconductor wafer imaging device according to claim 1, wherein the plurality of light sources are configured by a plurality of LEDs having different wavelengths.
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